Uporaba brezplačne sončne energije je dober način za varčevanje z gorivom in električno energijo, porabljeno za ogrevanje zasebnega doma. Množično uporabo sončnih sistemov ovirajo visoke cene sprejemnikov toplote in pripadajoča oprema - hranilnik, obtočna črpalka, elektronska krmilna enota in druga oprema. Edini način za zmanjšanje stroškov je, da naredite sončni kolektor z lastnimi rokami iz poceni materialov in sestavite standardno shemo jermenov.
Načelo delovanja sončnih grelnikov
Preden se lotite izdelave domačega sončnega sistema, je vredno raziskati napravo tovarniško izdelanih sončnih kolektorjev - zrak in voda. Prvi se uporabljajo za neposredno ogrevanje prostorov, slednji pa se uporabljajo kot grelniki vode ali hladilno sredstvo brez zmrzovanja - antifriz.
Referenca Zračne naprave niso zelo priljubljene zaradi omejene funkcionalnosti. Sončni grelniki vode so bolj povprašeni, saj lahko zagotavljajo ogrevanje, toplo vodo in dvigujejo temperature v zunanjih bazenih.
Glavni element sončnega sistema je sam sončni kolektor, ki je na voljo v 3 različicah:
- Plošča grelnik vode. To je zapečatena škatla, izolirana od spodaj. V notranjosti je hladilnik (absorber) izdelan iz kovinske pločevine, na katero je pritrjena bakrena tuljava. Vrh je prekrit s trpežnim steklom.
- Zasnova razdelilnika grelnika zraka je podobna prejšnji različici, le zrak, ki ga ventilator kroži, namesto hladilne tekočine kroži skozi cevi.
- Naprava cevastega vakuumskega razdelilnika se bistveno razlikuje od ploščatih modelov. Naprava je sestavljena iz trajnih steklenih bučk, v katere so postavljene bakrene cevi. Njihovi konci so povezani na 2 avtocesti - dovod in povrat, zrak iz bučk se izčrpa.
Dodatek. Obstaja še ena vrsta vakuumskih grelnikov vode, kjer so steklene bučke tesno zaprte in napolnjene s posebno snovjo, ki pri nizki temperaturi izhlapi. Med izhlapevanjem plin absorbira veliko količino toplote, ki se prenaša v vodo. V postopku prenosa toplote se snov kondenzira in teče na dno bučke, kot je prikazano na sliki.
Naštete vrste zbiralnikov uporabljajo princip neposrednega prenosa toplote sončnega sevanja (sicer - insolacije) na tekočo tekočino ali zrak. Ravni grelnik vode deluje tako:
- Voda ali antifriz se premika skozi bakreni toplotni izmenjevalec s hitrostjo 0,3-0,8 m / s, ki jo črpa obtočna črpalka (čeprav obstajajo gravitacijski modeli za zunanje prhe).
- Sončni žarki segrejejo vpojno pločevino in cev tuljave, ki je tesno povezana z njo. Temperatura tekoče hladilne tekočine naraste za 15-80 stopinj, odvisno od letnega časa, časa dneva in uličnega vremena.
- Da bi odpravili izgubo toplote, sta spodnja in stranska površina telesa izolirana s poliuretansko peno ali ekstrudirano polistirensko peno.
- Prozorno zgornje steklo ima 3 funkcije: ščiti selektivno prevleko absorberja, preprečuje, da bi veter pihal tuljavo in ustvaril zatesnjeno zračno režo, ki zadržuje toploto.
- Vroči nosilec toplote vstopi v toplotni izmenjevalec rezervoarja - varovalni rezervoar ali kotel za posredno ogrevanje.
Ker temperatura vode v tokokrogu aparata niha v spreminjajočih se letnih časih in dneh, sončnega kolektorja ni mogoče neposredno uporabiti za ogrevanje in toplo vodo. Energija, ki jo prejme sonce, se preko tuljave rezervoarja - akumulatorja (kotla) prenese na glavni nosilec toplote.
Izjema so sončne instalacije za bazene, ki ogrevajo vodo v rezervoarju neposredno ali s preprostim toplotnim izmenjevalnikom.
Učinkovitost cevastega aparata je povečana z vakuumom in notranjo odbojno steno v vsaki bučki. Sončni žarki prosto prehajajo skozi brezzračno plast in segrevajo bakreno cev z antifrizom, vendar toplota ne more premagati vakuuma in iti zunaj, zato so izgube minimalne. Drugi del sevanja vstopi v reflektor in se osredotoči na vodni vod. Po mnenju proizvajalcev učinkovitost namestitve doseže 80%.
Naredimo zbiralnik vode
Vakuumskega grelnika vode iz očitnih razlogov ni mogoče izdelati doma. Zato prevzamemo ravno zasnovo z izmenjevalnikom toplote in absorberjem, ki zbira sončno svetlobo. V idealnem primeru morate izračunati površino sprejemnika in temperaturo izhodne vode, kar je odvisno od številnih dejavnikov:
- regija bivanja in stopnja insolacije;
- temperatura okolja, zlasti pozimi;
- območje površine za izmenjavo toplote, ki zaznava izpostavljenost soncu;
- material tuljave in prevleka;
- temperatura vstopne hladilne tekočine;
- kot plošče glede na sonce;
- pretok vode skozi cevi za izmenjavo toplote.
Na internetu ni težko najti izračunov učinkovitosti sončnega kolektorja, vendar vas opozarjamo - izračuni so zelo netočni.
Primer. Podlaga je dejstvo: na jasen dan 500-800 W sončne energije pride na 1 m² površine. Nadalje s pomočjo šolske formule m = Q / 1.163 x Δt določimo maso vode, segreto na 40 ° C s 1 m² toplotnim izmenjevalnikom: 500 / 1,163 x 40 = 10,7 litra na uro. Z insolacijo 800 W / m² lahko ogrevamo 17,2 l / h. Toda hudič je v podrobnostih: začetna številka 0,5-0,8 kW na kvadratni meter je zelo približna številka.
Ponujamo poenostavljen pristop k vprašanju, opisanim v navodilih po korakih:
- Določite kraj in območje, ki ste ga pripravljeni dati zbiralcu.
- Na podlagi cen materiala izberite ustrezno možnost za sestavljanje tuljave in ohišja.
- Naredite prototip, priključite se na ogrevanje ali oskrbo z vodo po pravilni shemi. Vrste vezanja bomo pokazali v naslednjih razdelkih tega članka.
- Doma preizkusite ogrevalni krog in naredite dodatne sklepe o povečanju / zmanjšanju moči, spremembi zasnove in tako naprej.
Zdaj bomo šli skozi vsako fazo posebej in se osredotočili na pasti.
Postavitev toplotne instalacije
Pravzaprav obstajata le dve možnosti za lokacijo domačega zbiralnika: na strehi stavbe ali na odprtem območju hiše. Pri izbiri kraja upoštevajte preprosta pravila:
- Stran mora biti čez dan čim bolj osvetljena, ne zasenčena z drevesi in drugimi gospodarskimi poslopji.
- Ko je nameščen na strehi, je izbran bolj nežen naklon, kamor se vedno dobi sončno sevanje. Jasno je, da strm del porušene mansardne strehe ne bo deloval.
- Naprave za vročo vodo ne uporabljajte daleč od doma. Dolžina dovodnih cevovodov, izguba toplote in stroški namestitve se bodo povečali.
- Zemeljski kolektor usmerite tako, da sonce, ki se vizualno premika od vzhoda proti zahodu, stalno osvetljuje hladilno telo. Namestitveni kot plošče je 60 ± 15 °.
Opomba. Učinkovitost grelnega elementa je mogoče povečati s pomočjo paraboličnega sončnega koncentratorja, ki zbira žarke v enem samem snopu, ki ga pošljemo v absorber. Načini konstrukcije in montaže konkavnega ogledala so prikazani v videoposnetku.
Sončne rastline, zasnovane za ogrevanje vode v poletnem prhanju, so nameščene na strehi te zgradbe in so povezane z gravitacijo. Naprave za ogrevanje bazenov so nameščene ob posodi rezervoarja.
Izbor materiala
Izbor dodatkov za izdelavo sončnih grelnikov vode smo izdelali na podlagi pregledov in tem, o katerih smo razpravljali na priljubljenem forumu Forumhouse. Torej je pravokotna škatla sprejemnika običajno izdelana iz lesenega žarka ali že pripravljenih okvirjev starih oken. Zadnja stena ohišja je izolirana z bazaltno volno, polistirensko peno ali ekstrudirano polistirensko peno.
Namig. Dno škatle je lahko izdelano iz folijske izolacije iz polimera. Kovinska plast bo služila kot absorber - ni vam treba postaviti dodatnega lista.
Domači obrtniki izdelujejo toplotne izmenjevalnike iz različnih cevi:
- črni polietilen (HDPE);
- valovito nerjavno jeklo;
- baker in aluminij;
- polipropilen in kovinska plastika;
- premreženi polietilen;
- panelni jekleni radiatorji.
Z vidika učinkovitosti in trajnosti je bolje uporabiti cevi iz aluminija, bakra in nerjavečega jekla, ki imajo najboljšo toplotno prevodnost. Pomanjkanje materiala je visoka cena.
Plastične cevi so veliko cenejše od kovinskih cevi in jih je lažje namestiti. Toda pri uporabi polimerov morate upoštevati številne nianse:
- se vsaka plastika postopoma pokvari pod vplivom ultravijoličnega sevanja;
- stene cevi PPR so predebele, slabo prenašajo toploto;
- visokokakovostna plastika je za naše namene predraga in poceni se pogosto stratificira na ovinkih in hitro sesede na soncu;
- premreženi polietilen si »zapomni« začetni ovinek v zalivu, priročno je iz njega izdelati obročasto tuljavo in ravnanje ni enostavno;
- HDPE cevi, ki jih potrebujete za nakup serije hrane (z modro črto), je bolje zaščiten pred ultravijoličnim sevanjem.
Referenca Najenostavnejša različica bazenskega izmenjevalnika toplote je črna vrtna cev, položena z "polžem". Minus materiala je pokanje gume od dolgotrajnega izpostavljanja soncu.
HDPE tankostenske cevi so odlična izbira glede na razmerje med ceno in kakovostjo. Črna površina dobro absorbira sončno toploto, povezovalni elementi so poceni. Cevovod je pritrjen na absorber s plastičnimi sponkami ali kositrnim trakom na vijakih.
Kot vpojni list lahko uporabite navadno ali nerjaveče jeklo, črno pobarvano. Idealna možnost je pločevinasti aluminij ali baker.
Vrh škatle je zaprt z naslednjimi prozornimi materiali, med katerimi lahko izbirate:
- navadna ali ojačana stekla;
- prozorni plastični ovoj;
- tankocelični polikarbonat.
Namig. Kot prosojni element ne uporabljajte že pripravljenih dvojnih stekel iz plastičnih oken. Pozimi, z veliko temperaturno razliko med uličnim zrakom in zaprto kolektorsko komoro, dvoslojni paket ne zdrži in razpoka.
Priporočila montaže
Postopek izdelave sončnega kolektorja je tako očiten, da ni smiselno slikati navodila po korakih. Naloga je narediti kar najbolj nepredušno komoro z namestitvijo toplotnega izmenjevalnika na kovinski absorber. Dali bomo le nekaj nasvetov, da vas bomo zaščitili pred napakami:
- Cevi za izmenjavo toplote lahko položimo vzdolžno ali s spiralo (polž). Naj bo razdalja med sosednjimi črtami (zavoji) majhna - od 1 do 4 cm.
- Zračna tesnost ohišja dosežemo z mazanjem spojev s silikonsko tesnilno maso ali polaganjem gumijastih tesnil.
- Cevi so pritrjene na podlago na kateri koli priročen način - s plastičnimi sponkami, kovinskim trakom ali preprosto pritrjene na straneh s samoreznimi vijaki.
- Celotna notranja votlina je pobarvana s toplotno odporno črno sklenino (prodaja se v aerosolnih pločevinkah).
- Debelina izolacijske plasti na zadnji strani grelnika vode je vsaj 50 mm.
- Najlažje je povleči prozoren film na vrh - to je najboljša možnost za prototip. Pozneje stekla ni težko zamenjati.
Še eno priporočilo. Lesene dele je treba obdelati z antiseptikom.Okvir, varjen iz jeklenih profilov, prekrijte s temeljnim premazom in 2 sloji lahke barve.
Ko sestavite ploščo hladilnega telesa, napolnite tuljavo z vodo in preverite, ali pušča. Nato preizkusite sončni kolektor - priključite izhod na rezervoar, namestite ploščo na sonce in občasno izmerite temperaturo vode, pri čemer upoštevajte čas ogrevanja. Na podlagi resničnih kazalnikov je enostavno določiti delovanje grelnika vode.
Žični diagram
Kolektor, zasnovan za ogrevanje vode pod tušem, je z gravitacijskim tokom povezan s hranilnikom. Pomemben pogoj: sončna napeljava mora biti nameščena pod glavnim rezervoarjem, da se vroča voda nižje gostote dvigne skozi cev in izpodrine hladno. Zasnova takšnega sistema je prikazana na risbi.
Sončni kolektor, ko je priključen na kotel ali akumulator toplote, deluje kot popoln vir toplote. Proizvajalci sončnega sistema predlagajo uporabo dvocevne tlačne sheme, ki vključuje zahtevane vezi:
- obtočna črpalka, ki razvija tlak 0,4 bara;
- membranski ekspanzijski rezervoar;
- avtomatski odzračevalnik;
- varnostni ventil, zasnovan za delovanje pri tlaku 2 barov;
- manometer;
- termometer;
- zaporni ventili, dopolnilni ventil;
- regulator z dvema temperaturnima senzorjema;
- toplotna izolacija za dovodne cevovode.
Pomembna točka. Če je na varovalni rezervoar priključena baterija več kolektorjev, je treba povečati prostornino črpalke in prostornino ekspanzijske posode. Najmanjša zmogljivost membranskega rezervoarja je 10% celotne količine hladilne tekočine v tokokrogu.
Shema deluje tako:
- Hladilnik se pritrdi na spodnjo tuljavo blažilnika, kjer je voda hladnejša.
- Krmilnik s pomočjo senzorjev primerja temperaturo vode (antifriz) v dovodni cevi in akumulator toplote.
- Elektronska enota črpalko ustavi, ko je temperatura vode v rezervoarju enaka ali višja od temperature dovoda.
- Zrak, ki vstopa v tokokrog, se odvaja prek avtomatskega ventila, nameščenega na vrhu sistema.
- V primeru pregrevanja hladilne tekočine zaradi ustavljanja črpalke (nemogoče je izklopiti sonce) bo varnostni ventil deloval in razbremenil odvečni tlak.
Najdražji element vezja je elektronska krmilna enota. Kako lahko storim brez krmilnika:
- kupite na Aliexpressu cenejši termostat, ki ga sproži temperaturna razlika;
- nastavite časovnik za dan in noč in mehanski termostat, da črpalko izklopite, ko je puferska posoda na največji toploti
Kako deluje poceni kitajska krmilna enota (cena - 15 dolarjev), si oglejte v video pregledu:
Sončno ogrevanje
Namestitev ogrevanja zraka poteka na podoben način, le toplotni izmenjevalec je izdelan iz cevi večjega premera, puhalo pa zagotavlja ventilator. Sprejemnik sevanja izdelujejo obrtniki iz naslednjih materialov:
- aluminijasta valovitost za prezračevanje;
- plastične steklenice, vstavljene ena v drugo;
- izrezljane pločevinke piva.
V škatli sta narejeni 2 luknji za zračne cevi, v notranjosti je položena fina mreža, ki odpravlja vdor žuželk. Ventilator - hladilnik iz računalnika - je nameščen na eni od odprtin, del izmenjave toplote je pobarvan črno. Dovodne cevi so izolirane in položene v ogrevano sobo. Algoritem montaže zračnega razdelilnika je prikazan v videoposnetku:
Zaključek
Privlačnost sončnih kolektorjev je posledica naraščajočih cen energije. Čeprav se zmogljivost grelnikov vode pozimi zmanjšuje, sončna toplota zagotavlja pomembne prihranke pri porabi goriva s strani glavnega vira - kotla. Če želite svojo podeželsko hišo čim bolj ogreti z brezplačno sončno energijo, vam svetujemo, da bodite pozorni na instalacije z koncentratorji ogledala.Te izjemno učinkovite naprave se pogosto uporabljajo v Evropi in Ameriki.